信息技术课程中计算思维.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高中信息技术课程中的计算思维,高中信息技术课程标准,2003,第一页，共137页。,确定问题,搜索信息,处理信息,解决问题,归纳思想,1.,知识与技能,了解概念,应用工具,2.,过程与方法,3.,情感态度与价值观,形成信息思想,适应数字化发展,最终形成：提升,学生的,信息素养,作为课程总目标,信息技术课程的要求,第二页，共137页。,第三页，共137页。,信息加工与表达,信息的,获取,信息资源管理,信息技术与社会,信息技术基础,信息处理与交流,第四页，共137页。,算法与程序设计,计算机解决问题,的基本过程,面向对象程序设计语言初步,算法例举,第五页，共137页。,多媒体技术应用,多媒体技术,与社会生活,多媒体信息,采集与加工,多媒体信息表达,第六页，共137页。,网络技术应用,因特网,应用,网站设计与评价,网络技术基础,第七页，共137页。,数据管理技术,数据库应用系统,数据库建立,使用与维护,数据管理基本知识,第八页，共137页。,人工智能初步,知识及其,表达,推理与专家系统,人工智能语言与问题求解,第九页，共137页。,一、,标准,不清晰的地方,能力目标强调：学生利用信息技术解决问题的能力和技术的思想方法，但是能力特征不显著，思想方法不清晰。,其一，信息技术课程的能力,特征不显著。分析课程目标中的利用信息技术,解决问题,的过程，可以看出该过程不仅能够在信息技术课程中得以实施，同样也可以在其它课程中得以发展。,Eg,：“义务教育,语文课程标准,”,就明确,提出“,为解决学习与生活中的相关,问题。,学生,要能够,利用,图书馆、网络等信息渠道获取资料，初步了解查,找资料和运用资料的方法”的学习要求,在信息技术课程中，缺少了信息技术解决问题的,独特方法，也就失去了其内在的特有价值。,第十页，共137页。,其二，,信息技术,的思想方法不清晰,。,尽管,课程标准,中多次,提到“信息技术基本思想与方法”的学习,要求。,Eg,：“,了解使用数据库管理信息的基本思想与,方法,”“掌握面向对象程序设计语言的基本思想,与方法”“解释多媒体信息采集的基本工作思想,”等。,但是,这些思想方法的内在含意是什么？它们有哪些异同、又有什么样的表现性特征？在随后的实施建议和评价建议中都没有作进一步的解释和说明，缺少了对核心术语的清晰解释和表现性说明，所谓的技术思想方法的学习目标也就只能停留于课程标准的文本之中。,第十一页，共137页。,二、信息、技术课程内在价值的教学内容“简单化”,分析,课程标准,的整体目标，信息技术课程的内在价值主要还是反映在培养学生利用信息技术解决问题的能力和信息技术思想方法上。从教学内容来看，无论是解决问题能力的培养，还是信息技术思想方法的养成，都离不开具体实践活动。,课程标准,所建议的“教科书内容密切联系实际，结合学生的现实生活与学习实践以及当地的社会发展，适度设置真实性的学习任务、典型案例或研究性课题”。,现状调研表明，反映信息技术内在价值的教学内容却还存在着“步骤化”和“程序化”的不足。,第十二页，共137页。,具体表现为：,其一，“能力培养”简化为“步骤学习”,将信息技术解决问题的过程固化为几项基本活动步骤，利用信息技术解决问题能力也就简化成了活动步骤的学习。事实上，现实生活中的信息问题不仅包括结构性问题，也包括非结构性问题和半结构性问题。固化的活动步骤不仅不利于学生对非结构和半结构问题的理解，反而会封闭学生信息技术的创新意识。,其二，“思想方法”简化为“程序设计”,由于,课程标准,并没有对信息技术思想方法进行清晰的表述，这在一定程度上也弱化了技术思想方法的培养，给教学内容的安排设置了误区。其中一些算法与程序设计的教科书过于强调变量、函数、语句结构等编程语言和程序结构的技能，忽视了其内在的“算法思想”（例如模型建设、数据抽象等）的渗透。课程标准中所要求的“学生进一步体验算法思想，了解算法在解决问题过程中的地位和作用”也就很难得以实现。,第十三页，共137页。,三、信息技术课程内在价值实施方法的“形式化”,信息技术课程的内在价值主要是通过学校,的日常教学得以实现的，教学方法的设计与实施,直接影响,着课程内在价值的落实,。,课程标准,在教学实施建议中也提出“信息技术课堂教学中，要通过问题解决的活动激发学生的学习动机，发展学生的思维能力、想象力以及自我反思与监控的能力”。,但是课堂观察却发现,其一：,“,教师讲，学生练”依然是教学组织的主导方式，“技术操练式”的教学方法依然为教师所倚重,即使是在探究性活动过程中，教师更多的也是分步骤地将探究问题、解决过程、方法策略，乃至作品案例呈现给学生。当学生作品呈现出“千篇一律”的格式时，发展学生的思维能力、想象力、自我反思与监控能力也就无从说起。,第十四页，共137页。,其二：技术思想方法的活动还流于形式。,尽管一些教师也希望在课堂教学中开展基于真实情境的问题探究活动，引导学生体验信息技术的内在方法特征，发展学生信息技术的思想方法，借以落实信息技术课程的内在价值。但是，由于受课时结构、学校教学资源的限制，大部分探究性学习活动也还停留于肤浅化的表面。教学过程过于注重学习活动的组织形式，忽视学生的学习实效，过于强调活动,过程的外在表象，弱化学生信息技术实质方法的思考，这也就导致了“为探究而探究，为活动而活动”的学习假象。,第十五页，共137页。,信息技术,课程所表现出的内在价值的,现实,问题既受当时社会需求的影响,(21,世纪初期，,信息技术,课程主要还是处于“信息扫盲阶段”,),，也局限,于人们对信息技术属性特征认识的不足,。,近年来,，随着信息技术应用普及和课程研究的深入，,越来越多的学者对信息技术课程内在价值的具体性,和教学的可操作性进行了深入的探讨。,第十六页，共137页。,如何体现信息技术课程的价值呢？,西蒙,派珀特,第十七页，共137页。,西蒙的最著名的成就之一是于,1968,年发明的,LOGO,编程语言（,LOGO programming language,）。,1970,年与其同事合著了人工智能著作,认知器演算法,(Perceptrons),。自,20,世纪,70,年代开始，他一直致力于通过,LOGO,语言帮助儿童成为他们自己“智力建设”的建设者。在其,1980,年出版的著作,头脑风暴：儿童、计算机及充满活力的创意中，他系统阐述了自己的建构主义观,Learning by making,，在他看来，好的教育不是如何让老师教得更好，而是如何提供充分的空间和机会让学习者去构建自己的知识体系。西蒙,派珀特把计算机作为帮助学习者形成算法、解决问题并在此过程中学习和锻炼智力的强有力的工具。,当我们还在讨论要不要将电脑进入课堂，要不要上网的时候，西蒙与其麻省理工的同仁已经将触角伸向了更深的更高的层次：问题不是要不要，而是要如何实现人手一本”，也即“一个孩子一台笔记本电脑”。,第十八页，共137页。,第十九页，共137页。,1981,年，前苏联计算机教育学家叶尔肖夫就曾预言,“人类必将会生活在一种程序设计的世界里。在这个世界里，人类文化与程序设计不仅并行存在，而且会相互联系，融合为一种全新的人类思想”。,王吉庆,信息,素养论,记载,第二十页，共137页。,数字,程序,计算,第二十一页，共137页。,人们生活与,学习,数据抽象和,自动化处理,计算科学,第二十二页，共137页。,计算思维,的提出,Jeannette M.Wing,Computational Thinking,Communications of ACM,Vol.49,No.3,2006,pp.33-35.,卡内基梅隆大学教授、,ACM Fellow,，,IEEE Fellow,，兼任美国国家科学基金会主管计算机与信息科学与工程学部的副主任,第二十三页，共137页。,24,45,计算思维,(Computational Thinking,，,CT),周以真认为,：计算思维是运用计算机科学的基础概念去,求解问题,、,设计系统,和,理解人类行为,的涵盖了计算机科学之广度的一系列思维活动。,第二十四页，共137页。,25,45,针对上述定义解释如下：,求解问题,中的计算思维,利用计算手段求解问题的过程是：首先要把实际的应用问题转换为数学问题，可能是一组偏微分方程，其次将,PDE,离散为一组代数方程组，然后建立模型、设计算法和编程实现，最后在实际的计算机中运行并求解。,前两步是计算思维中的抽象，后两步是计算思维中的自动化。,第二十五页，共137页。,26,45,设计系统,中的计算思维,R.Karp,认为,：任何自然系统和社会系统都可视为一个动态演化系统，演化伴随着物质、能量和信息的交换，这种交换可以映射为符号变换，使之能用计算机进行离散的符号处理。,当动态演化系统抽象为离散符号系统后，就可以采用形式化的规范描述，建立模型、设计算法和开发软件来揭示演化的规律，实时控制系统的演化并自动执行。,第二十六页，共137页。,27,45,理解人类行为,中的计算思维,王飞跃认为,(,中科院,),：计算思维是基于可计算的手段，以定量化的方式进行的思维过程。计算思维就是应对信息时代新的社会动力学和人类动力学所要求的思维。在人类的,物理世界,、,精神世界,和,人工世界,等三个世界中，计算思维是建设人工世界需要的主要思维方式。,利用计算手段来研究人类的行为，可视为社会计算，即通过各种信息技术手段，设计、实施和评估人与环境之间的交互。,波尔普的三个世界观点,第二十七页，共137页。,28,45,计算思维的本质,抽象,(Abstract),、,自动化,(Automation),。,它反映了计算的根本问题，即什么能被有效的自动进行。,计算是抽象的自动执行，自动化需要某种计算机去解释抽象。,从操作层面上讲，计算就是如何寻找一台计算机去求解问题，隐含地说就是要确定合适的抽象，选择合适的计算机去解释执行该抽象，后者就是自动化。,第二十八页，共137页。,29,45,计算思维与计算机的关系,计算思维虽然具有计算机的许多特征，但是计算思维本身并不是计算机的专属。实际上，即使没有计算机，计算思维也会逐步发展，甚至有些内容与计算机没有关系。但是，正是由于计算机的出现，给计算思维的发展带来了根本性的变化。,第二十九页，共137页。,把计算机科学提升到科学思维层面进行研究,被认为是近十年来产生的最具有基础性、长期性的学术思想，将成为,21,世纪计算机科学研究的热点,第三十页，共137页。,为什么计算思维的提出得到如此高的评价呢？,第三十一页，共137页。,计算思维在美国产生的背景,(1),2005,年,6,月美国的,PITAC,报告,2005,年,6,月，,美国总统信息技术咨询委员会（,PITAC,）,给美国总统提交了报告,计算科学：确保美国竞争力,（,Computational Science:Ensuring Americas Competitiveness,）。,(1),报告写道,：,虽然计算本身也是一门学科，但是其具有促进其他学科发展的作用。,二十一世纪科学上最重要的、经济上最有前途的研究前沿都有可能通过熟练的掌握先进的计算技术和运用计算科学而得到解决。,(2),报告认为,：,如今美国又一次面临了挑战，这一次的挑战比以往来得更加广泛、复杂，也更具长期性。,美国还没有认识到计算科学在社会科学、生物医学、工程研究、国家安全，以及工业改革中的中心位置。,这种认识不足将危及美国的科学领导地位、经济竞争力以及国家的安全。,(3),报告建议,：,将计算科学长期置于国家科学与技术领域中心的领导地位。,32,第三十二页，共137页。,计算思维在美国产生的背景,(2),2005,年底至,2006,年初美国四大区的报告及建议,(1),针对“计算学科与日俱增的重要性与学生对计算学科兴趣的下降”，美国,NSF,组织了计算教育与科学领域，以及其他相关领域的专家分四个大区（东北、中西、东南、西北）进行研讨，形成四份重要报告：,Report of NSF Workshop on,Integrative Computing Education and Research,(ICER),Northeast,Workshop,Report of NSF,Midwest,Region Workshop on ICER:Preparing IT Graduates for 2010 and Beyond,Report from the,Southeast,Region Workshop on ICER:Preparing IT Graduates for 2010 and Beyond,ICER Final Report of the,Northwest,Regional Meeting,(2),内容及建议：,以上四个文件分析了美国计算教育出现的问题，报告建议在美国国家科学基金的资助下全面改革美国的计算教育。以下两个问题和一个建议值得我们注意：,大学第一年计算机课程的构建问题；,多学科的融合问题；,报告建议加强美国中小学学生抽象思维与写作能力的训练，目的，使学生平稳过渡到大学的学习。,33,第三十三页，共137页。,计算思维在美国产生的背景,(3),2007,年美国,NSF,的,CPATH,计划,CPATH,（,Pathways to Revitalized Undergraduate Computing Education,，,大学计算教育重生的途径,）计划认为：,计算普遍存在于我们的日常生活之中,，培养未来能够参与全球竞争、掌握计算核心概念的美国企业家和员工就变得非常重要。,CPATH,计划认为：尽管有的研究机构和大学对此做出了卓越的、开创性的工作，但目前美国更多的,大学计算教育仍然沿袭的是几十年前的教学模式,。鉴于此，,NSF 2007,年启动了,CPATH,计划，当年投入,600,万美元，,2008,年投入,500,万美元，,2009,年投入,1000,万美元，力图改变这种情况。,经过,2007,年和,2008,年的资助和项目实践，,CPATH,认识到“计算思维”在计划中所起的独特的重要作用,，因此，对,2009,年申报的项目提出了更为具体的以“计算思维”为核心的要求。,2008,年美国,NSF,的,CDI,计划,CDI,（,Cyber-Enabled Discovery and Innovation,，,计算使能的科学发现和技术创新,）是美国国家科学基金会的一个革命性的、富有独创精神的五年计划，该计划旨在通过“计算思维”领域的创新和进步来促进自然科学和工程技术领域产生革命性的成果。,CDI,计划,2008,年启动，当年批准了共计,4200,万美元的,72,个项目的立项申请，,2009,年投入,2600,万美元，,2010年投入,3600,万美元。,34,第三十四页，共137页。,目前,国内外,“计算思维”在信息技术课程中的培养问题处于什么状态,？,计算思维的研究及其进展；,计算思维的思维属性和计算特征对计算学科知识建构的影响研究；,第三十五页，共137页。,计算思维在我国,(1),中国,2050,年信息科技发展路线图,由李国杰院士任组长的中国科学院信息领域战略研究组撰写的,中国至,2050,年信息科技发展路线图,中对“计算思维”给予了足够的重视，认为，,计算思维的培育是克服“狭义工具论”的有效途径,，是解决其他信息科技难题的基础。,长期以来，计算机科学与技术这门学科也被构造成一门专业性很强的,工具学科,，“工具”意味着它是一种,辅助性学科,，并不是主业。这种狭隘的认知对信息科技的全民普及极其有害。,36,第三十六页，共137页。,计算思维在我国,(2),计算机科学的变革：,孙家广院士在“计算机科学的变革”一文中指出：,(,计算机科学界,),最具有基础性和长期性的思想是“计算思维”,(Computational Thinking),。,国家自然科学基金委员会信息科学部二处处长刘克教授，强调了在大学中推进“计算思维”这一基本理念的必要性。,中国科学院计算技术研究所研究员徐志伟总工认为：计算思维是一种本质的、所有人都必须具备的思维方式，就像识字、做算术一样；在,2050,年以前，让地球上每一个公民都应具备“计算思维”的能力。,中科院自动化所王飞跃教授率先将“计算思维”引入国内，翻译了周以真教授的“计算思维”，撰写了相关的“计算思维与计算文化”。他认为：在中文里，计算思维不是一个新的名词。在中国，从小学到大学教育，计算思维经常被朦朦胧胧地使用，却一直没有提高到周以真教授所描述的高度和广度，以及那样的新颖、明确和系统。他希望我们能借“计算思维”之东风，尽快把,中国世故人情的“算计文化”反正成为科学理性的“计算文化”,，以提高我们民族的整体素质。,37,第三十七页，共137页。,计算思维在我国,(3),中国高等学校计算机基础课教学指导委员会的近期工作：,2010.5,：在合肥会议上,讨论了,培养高素质的研究性人才，“计算机基础”这门课程应该包含哪些内容，如何将计算思维融入到这门课程中？,2010.7,：在西安会议上,发表了,九校联盟,(C9),计算机基础教学发展战略联合声明,，,确定了,以计算思维为核心的计算机基础课程教学改革。,2010.9,：在太原会议上,决定了,将合肥会议和西安会议中有关计算思维的讨论形成书面材料，以“计算思维：确保学生创新能力”为主题向教育部领导谏言和申请立项研究。,2010.11,：在济南会议上，将在全国更大范围内，深入讨论以计算思维为核心的基础课教学改革，并将太原会议的初步材料加以讨论和修改后正式上报教育部袁贵仁部长，并“以计算思维能力培养为核心推进大学通识教育改革的研究与实践”为项目，,建议立项研究,。,2011.06,：在北京“以计算思维为导向的计算机基础课程建设”研讨会上，组织有关高校,围绕“计算思维的实质”和“如何在计算机基础教学的第一门课程中体现计算思维能力的培养”进行了,讨论。,38,第三十八页，共137页。,计算思维的思维属性和计算特征,对计算学科知识建构的影响研究,第三十九页，共137页。,计算思维课程在中国高校中正式开始实践：,上海交大（,2010,年秋季）和南方科大（,2011,年春季）正在试开新型计算机基础课程,“计算机科学导论：计算思维”。,自此，我们国家对计算思维的研究算是进入了一个新的时代,众多教育学者开始探讨并深入研究计算机科学中的计算思维。,第四十页，共137页。,计算思维在国外（美）,2006,年,3,月，美国卡内基梅隆大学计算机系主任周以真（,Jeannette M.Wing,）教授在美国计算机权威杂志,ACM,Communication of the ACM,上发表并定义了计算思维（,Computational Thinking,）,；,Jeannette,Wing,教授于,2007,年成立了卡内基,梅隆计算思维中心，并在国家科学基金内部设立了资助项目以推进计算思维的进步,2010,年，她从新定义计算思维是与形式化问题及其解决方案相关的一个思维过程，其解决问题的表示形式应该能有效地被信息处理代理执行。,2012,年,11,月,21,日，微软宣布正式聘请,Jeannette Wing,博士担任微软国际研究部门副总裁，并于,2013,年,1,月就任，这标志她将从学术界转向产业界，这也标志，计算思维这一引起热议的“概念”将不在局限于学术研讨。,第四十一页，共137页。,计算思维在,国外（美）,2007,年，美国“,21,世纪技能合作组织”,(Partnership for 21st Century Skills,，,P21),整合,21,世纪学习者应具备的基本技能，制定了“,21,世纪技能框架”,(Framework for 21st Century Learning),，阐明培养学生数字素养在现代社会的,重要性。,2008,年,，,美国计算机协会,（,ACM,）在,网上公布对,CC2001,（,CS2001,）进行的中期审查报告（,CS2001 Interim Review,）（草案）中，就明确将“计算思维”与“计算机导论”课程绑定在一起，并明确要求该课程讲授计算思维的本质。,2011,年，美国国际教育技术协会,(International Society forTechnology in Education,，,ISTE),联合计算机科学教师协会,(Computer Science Teachers Association,，,CSTA),基于计算思维的表现性特征，给出了一个操作性定义：“计算思维是一种解决问题的过程，该过程包括明确问题、分析数据、抽象、设计算法、评估最优方案、迁移解决方法六个要素”。,第四十二页，共137页。,计算思维在,国外（美）,2011,年，,CSTA,发布,美国中小学计算机科学标准,(K-12 Computer Science Standards),，提出一个完整的计算机教育框架，该框架将计算思维、计算实践和编程纳入学科基本主线，帮助学生拓宽计算视野，理解计算机科学的基本原理和方法,。,此标准为,中小学计算思维教育,的开展,提供了结构框架和内容,指导。,第四十三页，共137页。,“计算思维是解决问题的一种过程，它包括如：,如下,特征,(但不限于这些特征,),：,(1),确认所需解决的,问题,，并通过计算机和其它工具来解决问题；,(2),符合逻辑地组织和分析数据；,(3),通过抽象,(,例如模型,、防,真,),的方法来表示数据；,(4),通过算法,(,一系列,有序的,步骤,),支持自动化的解决方案；,(5),识别、分析和实施各种可行的解决方案，并整合这些最有效的方案,和资源；,(6),将该问题的求解过程进行推广，,迁移到,更广泛的问题解决与应用中”。,第四十四页，共137页。,美国国家科学基金会（,NSF,）、国际教育技术,协会（,ISTE,）、,美国国家科学研究委员会,(National Research Council,NRC),、,CSTA,计算思维工作小组,(CSTA Computational Thinking Task Force),等多个研究机构对计算思维展开探索研究，为计算思维教育及推广提供资源和工具支持。,第四十五页，共137页。,2012,年，南加州大学,Paul S.Rosenbloom,教授做了一场特别的计算研讨会,“,计算，第四大科学领域”，引起了较大的反响。,第四十六页，共137页。,英国计算机学会,(BCS,British Computer Society),也组织了欧洲的专家学者对计算思维进行研讨，提出了欧洲的行动纲领。英国的,University of Sussex,也基于计算思维方法探讨了一系列关于计算机科学的问题，匹兹堡,2011,年度计算机研究协会（,CRA,）杰出服务奖将颁发给卡内基梅隆大学的,Jeannette Wing,教授，以表彰其帮助定义了计算机科学的现状和可能的发展,。,计算思维在,国外（英）,计算思维不仅影响着美国，也影响着英国，在英国的爱丁堡大学，人们在一连串的研讨会上探索与计算思维有关的主题。研讨会上所涉及的学科已延伸到哲学、物理、生物、医学、建筑、教育等各个不同的领域。,第四十七页，共137页。,2012,年,1,月,11,日，英国教育部长,Michael Gove,在教育培训与技术展会,(British Educational Trainingand Technology Show,，,BETT),上宣布将对英国中小学计算机教育展开全面改革。,2012,年,3,月，,英国学校计算课程工作小组,(Computing at School WorkingGroup,，,CAS,),提出将计算思维作为“学校计算机和信息技术课程”的一项关键,内容，并在,研究报告中阐述：计算思维是识别计算，应用计算工具和技术理解人工信息系统和自然信息系统的过程，是逻辑能力、算法能力、递归能力和抽象能力的综合体现。,计算思维在,国外,（英）,第四十八页，共137页。,2013,年，南安普顿大学,John Woollard,研究员在“计算机科学教育创新与技术”,(ITiCSE),会议报告中提出计算思维“是一项活动，通常以产品为导向，与问题解决相关,(,但不限于问题解决,),。它是一个认知或思维过程，能够反映人们的抽象能力、分解能力、算法能力、评估能力和概括能力，其基本特征包括思维过程，抽象和分解”。,2013,年,9,月,11,日英国教育部正式颁布,国家课程：计算课程学习计划,(National Curriculum in England:Computing Programmes of Study),。该计划重新定义,ICT,，明确界定了计算机科学、信息技术与数字素养的领域范围，强调计算机科学的重要性，并阐述计算课程的课程目标是引导学生理解和应用计算机科学的基本原理和概念；使用计算术语分析问题，具备编写计算机程序求解问题的实践经验；评价和使用信息技术；成为有责任、有能力、有自信、有创造力的,ICT,使用,者。,计算思维在,国外,（英）,第四十九页，共137页。,2014,年,6,月，,CAS,深入分析计算思维的定义、核心概念、教学方法和评估框架，研制出计算思维培养框架，,为中小学计算思维教育的开展提供指导作用。,“计算思维是人们在人造,(Artificial),信息系统,和自然,(Natural),信息系统的交互思考过程，它是人们逻辑,能力、算法能力、递归,(Recursive),能力、,抽象能力,的综合体现。良好的计算思维不仅有利于人们在,信息化社会中的良好交流，也有利于人们批判,性思维,的发展，负责任地使用信息技术”,第五十页，共137页。,2009,年，新西兰教育部公布“技术背景知识和技能”,(Technological Context Knowledge and Skills),计划，提出包括“编程与计算机科学”在内的五项数字技术核心培养内容，该计划于,2011,年开始在中学课程中,实施。,2012,年，澳大利亚课程、评估与报告管理局,(Australian Curriculum,Assessment and Reporting Authority,ACARA),发布“中小学技术学科课程框架”,(The Shape of the Australian Curriculum:,Technologies),，,将数字素养纳入学生基本能力要求，框架明确指出数字技术课程的核心内容是应用数字系统、信息和计算思维创造特定需求的解决方案,。,2014,年,4,月，新加坡政府推动,CodeSG,运动，,旨在发展全民计算思维。,计算思维在国外（其他）,第五十一页，共137页。,我国信息技术课程如何提体现计算思维,第五十二页，共137页。,现状,分析,中小学计算思维教育开展的软硬件情况,中小学信息技术教育实施论证报告,R.,北京：基础教育课程教材专家工作委员会信息技术学科组,2013.,2000,年以来，我国已经初步形成了以信息技术课程为主干的中小学信息技术教育体系。目前，,100%,的高中、,95%,的初中和,50%,的小学开设了信息技术课程。通过“校校通”工程、“农村中小学现代远程教育工程”等工程项目的实施，中小学信息化基础设施得到持续改善，整体上基本能满足信息技术教育的,需要。,在师资上，中小学信息技术课师资总量持续增长，生师比逐年下降，城乡差异逐渐缩小。截至,2010,年底，全国共有小学信息技术专任教师,10.8,万人，初中信息技术专任教师,8.8,万人，高中信息技术专任教师,3.8,万,人。,2012,年教育部高中信息技术课程标准实施情况调研结果显示，高中信息技术教师中具有本科以上学历，计算机、教育技术和数学相关专业教育背景的比例已达到,90.9%,。,第五十三页，共137页。,学生方面，大多数高中生在小学和初中就学习过信息技术课程，其中高达,44.3%,的学生认为,信息技术基础,与初中所学内容的重复比例在,20%-50%,之间。非零起点的高中生占据了较大比例，但是他们对信息技术课程的认识仍多停留在操作,层面。,肖广德,郭芳,樊磊,黄荣怀,普通高中信息技术课程标准,实施情况调研结果与启示,J.,课程,教材,教法,2014,现状,分析,中小学计算思维教育开展的,软硬件情况,第五十四页，共137页。,计算思维是一种运用计算概念和工具解决,实际问题,的,过程,第五十五页，共137页。,它是一种需要系统培养、锻炼的科学思维方式,，分析其特征和我国信息技术教育现状，可以,将计算思维从,方法习得、工具应用、思维迁移,三个,层面与中小学信息技术课程融合并落实,第五十六页，共137页。,其一，方法习得,。,信息,时代，计算方法渗透到,了社会生产和生活的方方面面，为了帮助学生,更好,地理解和适应数字社会环境，信息技术课程的开设就不能只停留在肤浅的信息技能操练上，还,需要帮助,学生理解计算思维涵盖的一系列计算概念和,方法,，如递归、抽象、形式化等；引导学生识别,隐藏在,生活中的“计算”问题；培养学生运用算法,思想高效,解决问题的能力；锻炼学生使用流程图等工具清晰,地表达个人思想等。,第五十七页，共137页。,其二，工具应用,。,这里,的工具是指能够有效帮助,人们理解和解决问题的思维工具，而不是用于处理,信息的软硬件应用程序。计算思维是一种,独特的,能力组合，它的强大正是在于运用了多种推理,方式,，尽而可以完成很多事情的研究和开发。如,分析问题,的过程运用到了设计思维，从发现问题、分析问题,到原型迭代，帮助我们更加明确问题需求；解决问题,的过程则主要运用了算法思维和批判思维,，从而能够形成更加有效、高效的解决方案。,信息技术,课程应当注重培养学生综合运用多种思维工具,解决问题,的能力，例如，让学生参与简单的产品,研发实践,，体验程序设计的实施过程，直观地感受,计算思维,。,第五十八页，共137页。,其三，思维迁移,。,在,信息技术课程中，不仅,需要普及计算机科学概念，更需要引导学生将计算,思维,合理地应用至日常生活与学习之中，形成一种,思维,习惯。计算思维反映了计算机科学领域,解决问题的,思维过程，迁移到应用信息技术解决实际问题,的情境,中，主要表现为问题分析、工具选择、自动化解决,方案、选择最优方案和通用解决方案可以,通过运用,这五大要素举例分析日常生活中真实的问题,情境,，让学生体验使用计算思维求解问题的一般,过程和,方法，最终达到能够在实际问题中灵活地迁移,和应用计算思维的目标。,第五十九页，共137页。,计算思维在信息技术教学中的有效,落实,，就需要明确,计算思维的表现性特征,，,合理组织教学,内容,，,研究可行的教学方法,。,第六十页，共137页。,1.,建立计算思维的表现性标准,在,计算思维教学中，为了能明确学习结果，,知道,学习结束后应知和能做的内容，就有必要建立,与之,相对应的表现性标准,。,Eg1,：美国计算机教师协会,(CSTA),制定的“学校计算机课程标准”就建议,6,年级,学生要能够“将,计算,Computing),理解为他们,生活,学习中的一部分”。与其对应的表现性标准为,：理解,利用算法解决问题的基本步骤,(,例如，问题,陈述,和探究、样本检测、设计、实施和测试,),；通过“非计算机练习”,(Computer-FreeExercise不,使用,计算机,),的方式来理解算法的基本概念；描述,怎样,用模拟方式去解决一个问题；当讨论一个大,问题时,，能够将其细化为一系列小问题,等等,Eg2,：标准建议,9,年级学生要能够将“计算思维落实于,具体,的工具应用中，在创造数字作品过程中，学会,使用,程序概念和方法”,。,第六十一页，共137页。,2.,设计与标准一致性的教学内容,教学内容与课程标准一致性是教学内容,组织的,一项基本原则，主要反映在“认识程度的,一致性和,知识要点的一致性”两个层面,。,从,学生认知,能力发展来看，不同年龄的学生对知识组织方式的,接受程度存在着,差异。,eg,：低年级,学生比较容易接受图形、实物等组成的形象性学习内容，高年级,学生则,对程序设计语言、基本算法等抽象性学习内容具有较强的理解能力。因此，计算思维教学内容,的组织上,应与学生的认识水平相符合。,第六十二页，共137页。,教育心理学专家,西蒙,派珀特,(SeymourPapert),从学习心理,认知过程探讨学生的思维发展，提出了“计算机,可以将学生形式思维具体化”的观点，并针对小学,阶段,学生形象思维的心理特征设计出“发现谜宫,之路,(,乌龟图形、机器人技术,),按,字母顺序安排一系列,的,词”等,LOGO,语言的学习内容，引导,小学生在图形制作过程中感受“问题确定、模型分析,、命令,实施、修改完善”的计算方法。从知识的难易度来看，教学内容中的知识要点应与课程标准相符合,，反映出课程标准的基本要求。,第六十三页，共137页。,3.,组织实践探究性的教学活动,在信息技术课程中，培育学生计算思维的,最终,目的是期望学生将这种思维方式合理地迁移至,日常生活,与学习之中，全面提升学生的信息素养。,第六十四页，共137页。,美国,中小学计算机科学标准,分段设计了 计算思维的教学实施方案，建议在,K-6,年级，将学习内容设计成创造性和探究性活动，嵌入到社会科学、语言艺术、数学和科学课程中，,7-9,年级学校根据情况开设独立的计算机课程，也可以整合学科内容到其他课程中，,10-12,年级以必修课的方式达成学习目标。,第六十五页，共137页。,2014,年,9,月，英国教育部使用新的教学大纲，将课程划分为四个阶段：,K-2,年级，理解算法概念，能够创建和调试简单的程序等，,3-6,年级，编程解决实际问题，了解计算机网络，有效使用搜索技术等，,7-9,年级，理解几个反映计算思维的关键算法，掌握,1-2,门程序设计语言解决计算问题，熟悉计算机组成等，,10-11,年级，培养计算机科学、数字媒体和信息技术的知识、能力和创造力，发展问题分析、解决、设计和计算能力等。,第六十六页，共137页。,基于计算思维的探究教学模式研究,第六十七页，共137页。,第六十八页，共137页。,第六十九页，共137页。,模块二,思维与科学思维,第七十页共137页。,71,45,一、思维的概念,思维是精神,地球上最美丽的花朵,。,1.2,思维与科学思维,2.,思维的组成,思维原料,(,自然界,),、思维主体,(,人脑,),思维工具,(,认识的反映形式,),1.,思维的定义,思维是人脑对客观事物的一种概括的、间接的反映，它反映客观事物的本质和规律。,第七十一页，共137页。,72,45,3.,思维的特征,特征,解释或说明,概括性,思维是在人的感性基础上，将一类事物的共同本质的特征和规律抽取出来，加以概括。如人们感知,(,日出东方、日落西山,),，通过思维概括揭示是地球自转的结果。,间接性,指非直接的，以其它事物做媒介来反映客观事物。如根据医学知识和临床经验，医生询问病史和辅助检查，判断病情，作出治疗。,能动性,不仅能认识和反映世界，而且还能对客观世界进行改造。如人们不仅能认知宇宙速度，还能制造宇宙飞船飞向太空。,1.2,思维与科学思维,第七十二页，共137页。,73,45,4.,思维的类型,不同分类方式,类别,按照思维的进程方向,横向思维、纵向思维,发散思维、收敛思维,按照思维的抽象程度,直观行动思维,具体形象思维,抽象逻辑思维,按照思维的形成和应用领域,科学思维,日常思维,1.2,思维与科学思维,第七十三页，共137页。,74,45,二、科学思维,科学思维,：指理性认识及其过程，即经过感性阶段获得的大量材料，通过整理和改造，形成